انواع چسب و کاربرد آن

چسب به هر ماده‌ای که با اتصال سطحی مقاوم در برابر جداسازی قادر به نگه‌داشتن مواد به صورت عملکردی باشد اطلاق می‌شود. چسب، به عنوان یک اصطلاح کلی شامل سیمان، موسیلاژ (گروهی از ترکیبات گیاهی هستند که مملو از پلی ساکارید می‌باشند)و خمیر است. اصطلاحاتی که اغلب برای هر ماده آلی که پیوند چسبناک ایجاد می‌کند به جای یکدیگر استفاده می‌شوند. مواد غیرآلی مانند سیمان پرتلند را نیز می‌توان چسب در نظر گرفت، به این معنا که آنها اشیایی مانند آجر و تیر را از طریق اتصال سطح به یکدیگر نگه می‌دارند، اما این مقاله محدود به بحث در مورد چسب‌های آلی، اعم از طبیعی و مصنوعی است.
چسب و انواع آن
چسب به هر ماده ای که با اتصال سطحی مقاوم در برابر جداسازی قادر به نگه داشتن مواد به صورت عملکردی باشد اطلاق می شود . "چسب" به عنوان یک اصطلاح کلی شامل سیمان ، موسیلاژ(گروهی از ترکیبات گیاهی هستند که مملو از پلی ساکارید می‌باشند.) و خمیر است - اصطلاحاتی که اغلب برای هر ماده آلی که پیوند چسبناک ایجاد می کند به جای یکدیگر استفاده می شوند. مواد غیر آلی مانند سیمان پرتلند را نیز می توان چسب در نظر گرفت ، به این معنا که آنها اشیایی مانند آجر و تیر را از طریق اتصال سطح به یکدیگر نگه می دارند ، اما این مقاله محدود به بحث در مورد چسب های آلی ، اعم از طبیعی و مصنوعی است.
چسب های طبیعی از دوران باستان شناخته شده اند. کنده کاری های مصر با قدمت 3300 سال قبل چسباندن یک قطعه نازک از روکش روی آنچه که به نظر می رسد یک تخته چنار است را نشان می دهد. پاپیروس ، یک پارچه نبافته اولیه ، حاوی الیاف گیاهان شبیه نی بود که با رب آرد به هم پیوند خورده بودند. از قیر ، زمین های درختی و موم بعنوان درزگیر (پوشش محافظ) و چسب در دوران باستان و قرون وسطی استفاده می شده است. برگ طلای دست نوشته های روشن توسط سفید تخم مرغ به کاغذ پیوند خورده و اشیا wooden چوبی با چسب های ماهی ، شاخ و پنیر چسبانده شده اند. فناوری چسب های حیوانی و ماهی در قرن 18 پیشرفت کرد و در قرن نوزدهم سیمان های پایه لاستیک و نیترو سلولز معرفی شدند. پیشرفت قاطع در فناوری چسب ها ، منتظر قرن بیستم بود ، در این زمان چسب های طبیعی بهبود یافتند و بسیاری از مواد مصنوعی از آزمایشگاه بیرون آمدند تا چسبهای طبیعی را در بازار جایگزین کنند. رشد سریع صنایع هواپیمایی و هوافضا در نیمه دوم قرن بیستم تأثیر زیادی بر فناوری چسب ها داشت. تقاضا برای چسب هایی که از استحکام ساختاری بالایی برخوردار بودند و هم در برابر خستگی و هم در شرایط شدید محیطی مقاوم بودند ، منجر به تولید مواد با عملکرد بالا شد که در نهایت به بسیاری از کاربردهای صنعتی و خانگی راه یافت.
این مقاله با توضیح مختصری از اصول چسبندگی آغاز می شود و سپس به بررسی کلاسهای عمده چسبهای طبیعی و مصنوعی می پردازد.

چسبندگی
در عملکرد اتصالات چسبنده ، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی چسب مهمترین عوامل هستند. همچنین در تعیین اینکه اتصالات چسبی به درستی عمل می کند ، انواع چسبندگی (یعنی اجزای متصل شده مانند آلیاژ فلز ، پلاستیک ، مواد کامپوزیت) و ماهیت پیش تصفیه سطح یا آغازگر مهم است. این سه عامل - چسب ، چسبندگی و سطح - در طول عمر ساختار پیوند خورده تأثیر دارند. رفتار مکانیکی ساختار پیوندی به نوبه خود تحت تأثیر جزئیات طراحی اتصال و نحوه انتقال بارهای اعمال شده از یک چسبنده به دیگری است. در تشکیل یک پیوند چسب قابل قبول ، توانایی خیس شدن و پخش شدن چسب بر روی چسبهای متصل است. دستیابی به چنین تماس مولکولی سطحی اولین قدم ضروری در تشکیل اتصالات چسبنده قوی و پایدار است. پس از خیس شدن ، از طریق تعدادی مکانیزم ، نیروهای چسبنده ذاتی در سراسر رابط تولید می شوند. ماهیت دقیق این مکانیسم ها حداقل از دهه 1960 مورد مطالعه فیزیکی و شیمیایی بوده است ، و نتیجه آن وجود تعدادی نظریه چسبندگی است. مکانیسم اصلی چسبندگی توسط تئوری جذب توضیح داده شده است ، که می گوید مواد در درجه اول به دلیل تماس بین مولکولی صمیمی می چسبند. در اتصالات چسبنده این تماس توسط نیروهای بین مولکولی یا ظرفیت اعمال شده توسط مولکول ها در لایه های سطحی چسب حاصل می شود و می چسبد.علاوه بر جذب ، چهار مکانیسم چسبندگی دیگر نیز ارائه شده است. اولین انسداد مکانیکی هنگامی رخ می دهد که چسب در منافذ سطح چسبنده یا اطراف پیش بینی های سطح جریان یابد. دوم ، نفوذ ، هنگامی حاصل می شود که چسب مایع حل شده و در مواد چسبنده پخش می شود. در مکانیسم سوم ، جذب و واکنش سطح ، پیوند زمانی اتفاق می افتد که مولکول های چسبنده روی یک سطح جامد جذب شده و با آن واکنش شیمیایی نشان دهند. به دلیل واکنش شیمیایی ، این فرآیند تا حدی با جذب ساده که در بالا توضیح داده شد متفاوت است ، اگرچه برخی از محققان واکنش شیمیایی را بخشی از یک فرآیند جذب کل می دانند و نه یک مکانیسم جداگانه چسبندگی. سرانجام ، نظریه جاذبه الکترونیکی یا الکترواستاتیک نشان می دهد که نیروهای الکترواستاتیک در یک رابط بین مواد با ساختارهای باند الکترونیکی متفاوت توسعه می یابند. به طور کلی ، بیش از یکی از این مکانیسم ها در دستیابی به سطح چسبندگی مطلوب برای انواع مختلف چسب و چسبندگی نقش دارند.
در تشکیل یک پیوند چسبنده ، یک منطقه انتقالی در رابط بین چسبنده و چسب ایجاد می شود. در این منطقه که اینترفاز نامیده می شود ، خصوصیات شیمیایی و فیزیکی چسب ممکن است بطور قابل ملاحظه ای با قسمتهای غیر تماس متفاوت باشد. به طور کلی اعتقاد بر این است که ترکیب بین فاز دوام و مقاومت اتصال چسبی را کنترل می کند و عامل اصلی انتقال استرس از یک چسب به دیگری است. منطقه بین فازها اغلب محل حمله محیطی است که منجر به از بین رفتن مفصل می شود.مقاومت پیوندهای چسبی معمولاً با آزمایشات تخریبی ، که تنشهای ایجاد شده در نقطه یا خط شکستگی قطعه آزمایش را اندازه گیری می کنند ، تعیین می شود. روش های مختلف آزمایش از جمله پوست ، برش کششی ، بریدگی و خستگی استفاده می شود. این آزمایشات در طیف وسیعی از دما و تحت شرایط مختلف محیطی انجام می شود. یک روش جایگزین برای توصیف اتصال چسب ، تعیین انرژی صرف شده در جدا کردن یک واحد واحد از فاز است. نتیجه گیری حاصل از چنین محاسبات انرژی ، در اصل ، کاملاً معادل نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل تنش است.

مواد چسبنده
تقریباً همه چسب های مصنوعی و برخی چسب های طبیعی از پلیمرها تشکیل شده اند که مولکول های غول پیکر یا ماکرومولکول هایی هستند که از اتصال هزاران مولکول ساده تر به نام مونومر تشکیل شده اند. تشکیل پلیمر (یک واکنش شیمیایی معروف به پلیمریزاسیون) می تواند در طی یک مرحله "درمان" اتفاق بیفتد ، که در آن پلیمریزاسیون همزمان با تشکیل پیوند چسب اتفاق می افتد (همانطور که در مورد رزین های اپوکسی و سیانوآکریلات ها اتفاق می افتد) ، یا ممکن است پلیمر باشد قبل از استفاده از مواد به عنوان چسب ، مانند الاستومرهای ترموپلاستیک مانند کوپلیمرهای بلوک استایرن-ایزوپرن-استایرن تشکیل شده است. پلیمرها قدرت ، انعطاف پذیری و توانایی پخش و تعامل بر روی سطح چسبنده را می دهند - خصوصیاتی که برای تشکیل سطوح قابل قبول چسبندگی لازم است.

چسب های طبیعی
چسب های طبیعی در درجه اول منشا animal حیوانی یا گیاهی دارند. اگرچه تقاضا برای محصولات طبیعی از اواسط قرن بیستم کاهش یافته است ، برخی از آنها همچنان با محصولات چوبی و کاغذی استفاده می شوند ، به ویژه در تخته موج دار ، پاکت نامه ، برچسب بطری ، کتاب صحافی ، کارتن ، مبلمان و فیلم و ورقه های چند لایه . علاوه بر این ، به دلیل مقررات مختلف زیست محیطی ، چسبهای طبیعی مشتق شده از منابع تجدیدپذیر مورد توجه مجدد قرار می گیرند. مهمترین محصولات طبیعی در زیر شرح داده شده است.

چسب حیوانات
اصطلاح چسب حیوانات معمولاً به چسبهای تهیه شده از کلاژن پستانداران ، تشکیل دهنده اصلی پروتئین پوست ، استخوان و عضله محدود می شود. هنگامی که با اسیدها ، مواد قلیایی یا آب گرم ترکیب می شود ، کلاژن غیر قابل حل به طور نرمال به آرامی محلول می شود. اگر پروتئین اصلی خالص باشد و روند تبدیل آن ملایم باشد ، محصول با وزن مولکولی بالا ژلاتین نام دارد و ممکن است برای محصولات غذایی یا عکاسی استفاده شود. ماده با وزن مولکولی پایین که با پردازش شدیدتر تولید می شود ، به طور معمول از رنگ خالص و تیره کمتری برخوردار است و به آن چسب حیوان گفته می شود.از چسب حیوانات به طور سنتی در اتصال چوب ، صحافی کتاب ، تولید کاغذ سنباده ، نوارهای سنگین چسبناک و موارد مشابه استفاده می شده است. علی رغم مزیت آن در چسبندگی زیاد (چسبندگی) ، چسب حیوانی زیادی اصلاح شده یا کاملاً با چسبهای مصنوعی جایگزین شده است.

چسب کازئین
این محصول با حل شدن کازئین ، پروتئینی که از شیر به دست می آید ، در یک حلال قلیایی آبی تولید می شود. درجه و نوع قلیایی بر رفتار محصول تأثیر می گذارد. در اتصال چوب ، چسب های کازئین از نظر مقاومت در برابر رطوبت و خصوصیات پیری نسبت به چسب های واقعی حیوانات برتر هستند. از کازئین همچنین برای بهبود خصوصیات چسبندگی رنگ و پوشش استفاده می شود.

چسب آلبومین خون
چسب این نوع از آلبومین سرم ، یک جز component خونی قابل تهیه از خون تازه حیوانات یا پودر خون محلول خشک که به آن آب اضافه شده است ، ساخته می شود. افزودن قلیایی به مخلوط های آب آلبومین خاصیت چسبندگی را بهبود می بخشد. مقدار قابل توجهی از محصولات چسب از خون در صنعت تخته سه لا استفاده می شود.

نشاسته و دکسترین
نشاسته و دکسترین از ذرت ، گندم ، سیب زمینی یا برنج استخراج می شود. آنها انواع اصلی چسب های گیاهی را تشکیل می دهند که محلول یا قابل پخش در آب هستند و از منابع گیاهی در سراسر جهان به دست می آیند. چسب نشاسته و دکسترین در صفحه راه راه و بسته بندی و به عنوان چسب کاغذ دیواری استفاده می شود.

لثه های طبیعی
موادی که به لثه های طبیعی معروف هستند و از منابع طبیعی آنها استخراج می شوند ، به عنوان چسب نیز استفاده می شوند. آگار ، یک کلوئید گیاهی دریایی (سوسپانسیون ذرات بسیار ریز) ، توسط آب گرم استخراج می شود و پس از آن برای تصفیه منجمد می شود. آلژین با هضم جلبک دریایی در قلیا و رسوب نمک کلسیم یا اسید آلژنیک بدست می آید. صمغ عربی از درختان اقاقیا که به طور مصنوعی زخمی شده اند باعث ترشح لثه می شود. ترشح دیگر ، لاتکس لاستیکی طبیعی است که از درختان Hevea برداشت می شود. بیشتر آدامس ها عمدتا در محصولات قابل بازسازی آب استفاده می شوند.

چسب های مصنوعی
اگرچه چسبهای طبیعی تولید کمتری دارند ، اما مهمترین چسبها مصنوعی هستند. چسب های ساخته شده بر اساس رزین های مصنوعی و لاستیک ها از نظر قابلیت انعطاف پذیری و عملکرد بسیار عالی هستند. مصنوعی را می توان در یک منبع ثابت و با خواص مداوم یکنواخت تولید کرد. علاوه بر این ، آنها می توانند از بسیاری جهات اصلاح شوند و اغلب با هم ترکیب می شوند تا بهترین ویژگی ها را برای یک کاربرد خاص بدست آورند.پلیمرهای مورد استفاده در چسب های مصنوعی به دو دسته کلی - ترموپلاستیک و ترموست تقسیم می شوند. ترموپلاستیک ها در دماهای طبیعی چسبندگی قوی و با دوام ایجاد می کنند و می توان آنها را با استفاده از حرارت دادن و بدون تخریب ، نرم کرد. رزین های ترموپلاستیک استفاده شده در چسب ها شامل نیتروسلولز ، پلی وینیل استات ، وینیل استات-اتیلن کوپلیمر ، پلی اتیلن ، پلی پروپیلن ، پلی آمیدها ، پلی استرها ، اکریلیک ها و سیانو اکریلیک ها هستند.سیستم های ترموست ، برخلاف پلاستیک های حرارتی ، پیوندهای دائمی ، مقاوم در برابر حرارت و نامحلول تشکیل می دهند که بدون تخریب اصلاح نمی شوند. چسب های ساخته شده از پلیمرهای گرماگیر در صنایع هوافضا به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. ترموست ها شامل فنل فرمالدئید ، اوره فرمالدئید ، پلی استرهای اشباع نشده ، اپوکسی ها و پلی اورتان ها هستند. چسبهای مبتنی بر الاستومر بسته به اینکه آیا اتصال عرضی برای انجام عملکرد چسب ضروری است ، می توانند به عنوان ترموپلاستیک یا ترموست عمل کنند. از ویژگی های چسب های الاستومری می توان به مونتاژ سریع ، انعطاف پذیری ، انواع مختلف ، اقتصادی بودن ، استحکام لایه برداری ، سهولت اصلاح و قابلیت انعطاف پذیری اشاره کرد. الاستومرهای اصلی که به عنوان چسب استفاده می شوند لاستیک طبیعی ، لاستیک بوتیل ، لاستیک بوتادین ، لاستیک استایرن-بوتادین ، لاستیک نیتریل ، سیلیکون و نئوپرن هستند.چالش مهمی که سازندگان و کاربران چسب با آن روبرو هستند ، جایگزینی سیستمهای چسبی مبتنی بر حلالهای آلی با سیستمهای مبتنی بر آب است. این روند با محدودیت در استفاده از ترکیبات آلی فرار (VOC) ، که شامل حلال هایی است که در جو آزاد می شوند و به تخریب ازن کمک می کنند ، انجام شده است. در پاسخ به مقررات زیست محیطی ، چسبهای ساخته شده بر اساس امولسیونها و پراکندگیهای آبی در حال تولید هستند و چسبهای پایه حلال از رده خارج می شوند.انواع پلیمری که در بالا ذکر شد در تعدادی از انواع عملکردی چسب استفاده می شود. در زیر این انواع عملکردی شرح داده شده است.

سیمان های تماس
چسب های تماس یا سیمان ها معمولاً بر پایه محلول های حلال نئوپرن ساخته می شوند. نام آنها به این دلیل است که معمولاً روی هر دو سطح قرار می گیرند تا باند شوند. به دنبال تبخیر حلال ، ممکن است دو سطح به هم متصل شوند و پیوند محکم با مقاومت بالا در برابر نیروهای برشی ایجاد کنند. از سیمان های تماسی به طور گسترده ای در مونتاژ قطعات خودرو ، مبلمان ، کالاهای چرمی و ورقه های تزئینی استفاده می شود. آنها در اتصال پلاستیک ها موثر هستند.

چسب های سازه ای
چسب های سازه ای چسب هایی هستند که به طور کلی قابلیت حمل بار خوب ، دوام طولانی مدت و مقاومت در برابر گرما ، حلال ها و خستگی را از خود نشان می دهند. نود و پنج درصد از کل چسبهای ساختاری که در ساخت تجهیزات اصلی به کار می روند در شش خانواده چسب سازه ای قرار می گیرند:

(1) اپوکسی ها ، که دارای مقاومت بالا و مقاومت در برابر درجه حرارت و حلال خوب هستند

(2) پلی اورتان ها ، که انعطاف پذیر هستند ، دارای ویژگی های لایه برداری خوب هستند و در برابر ضربه و خستگی مقاوم هستند

(3) اکریلیک ها ، یک خانواده چسبنده همه کاره که به قسمت های روغنی متصل می شود ، به سرعت بهبود می یابد و دارای خواص کلی خوب است

(4) بی هوازی یا اکریلیک های فعال شده روی سطح ، که برای اتصال رشته ای خوب است قطعات فلزی و اشکال استوانه ای

(5) سیانوآکریلات که به سرعت به پلاستیک و لاستیک می چسبند اما مقاومت در برابر دما و رطوبت محدود دارند

(6) سیلیکون که انعطاف پذیر هستند ، از درب هوا خارج می شوند و خواص آب بندی خوبی را ایجاد می کنند.

می توان هر یک از این خانواده ها را اصلاح کرد و چسب هایی تهیه کرد که دارای طیف وسیعی از خصوصیات فیزیکی و مکانیکی ، سیستم های پخت و تکنیک های کاربرد هستند.از پلی استرها ، پلی وینیل ها و رزین های فنلی نیز در مصارف صنعتی استفاده می شود اما دارای محدودیت های پردازشی یا عملکردی است. چسب های با درجه حرارت بالا ، مانند پلی آمیدها ، بازار محدودی دارند.

چسب های داغ ذوب
چسب های ذوب داغ در بسیاری از کاربردهای غیر ساختاری استفاده می شوند. بر اساس رزین های ترموپلاستیک ، که در دمای بالا بدون تخریب ذوب می شوند ، این چسب ها به عنوان مایعات داغ به چسب اضافه می شوند. پلیمرهای متداول شامل پلی آمیدها ، پلی استرها ، اتیلن-وینیل استات ، پلی اورتان ها و انواع کوپلیمرهای بلوک و الاستومرها مانند لاستیک بوتیل ، کوپلیمر اتیلن-پروپیلن و لاستیک استایرن-بوتادین است.ذوب داغ در زمینه های خودرو و لوازم خانگی کاربرد گسترده ای پیدا می کند. سودمندی آنها ، به دلیل کمبود مقاومت در دمای بالا ، محدود است ، دمای بالای استفاده برای بیشتر ذوبهای گرم در محدوده 40-65 درجه سانتیگراد (تقریباً 100-150 درجه فارنهایت) است. به منظور بهبود عملکرد در دماهای بالاتر ، اصطلاحاً ذوب گرم ساختاری - ترموپلاستیک اصلاح شده با یورتان های واکنشی ، یورتان های قابل درمان با رطوبت یا پلی اتیلن اصلاح شده توسط سیلان - ایجاد شده است. چنین تغییراتی می تواند منجر به افزایش چسبندگی پوست ، قابلیت گرمایی بالاتر (در محدوده 70-95 درجه سانتیگراد [160-200 درجه فارنهایت]) و بهبود مقاومت در برابر اشعه ماورا بنفش شود.

چسب های حساس به فشار
چسب های حساس به فشار یا PSA ،. PSA ها می توانند چسبنده ها را با هم نگه دارند وقتی که سطوح تحت فشار مختصر وارد شده در دمای اتاق جفت شوند. (تفاوت این چسب ها با سیمان های تماسی این است که دومی به هیچ فشاری برای اتصال نیاز ندارد) موادی که برای فرمول بندی سیستم های PSA استفاده می شود شامل لاستیک های طبیعی و مصنوعی ، الاستومرهای ترموپلاستیک ، پلی اکریلات ها ، پلی اتیلن اترها و سیلیکون ها است. این پلیمرها ، در هر دو فرمولاسیون مبتنی بر حلال و ذوب داغ ، به عنوان روکش روی بستر کاغذ ، سلفون ، فویل پلاستیکی ، پارچه یا فویل فلزی اعمال می شوند. همانطور که فرمولهای چسبی مبتنی بر حلال در پاسخ به مقررات زیست محیطی به تدریج از بین می روند ، PSA های پایه آب بیشتر استفاده خواهند کرد.

چسب های اشعه ماورا بنفش (let)
چسب های اشعه ماورا بنفش در اوایل دهه 1960 در دسترس قرار گرفتند اما با پیشرفت تکنولوژی شیمیایی و تجهیزات در دهه 1980 به سرعت توسعه یافتند. این نوع چسب ها معمولاً از یک مونومر (که همچنین می تواند به عنوان حلال عمل کند) و یک پیش پلیمر با وزن مولکولی کم همراه با یک آغازگر نور تشکیل شده است. نورگیرها ترکیباتی هستند که با قرار گرفتن در معرض اشعه ماورا بنفش به رادیکال های آزاد تجزیه می شوند. رادیکال ها باعث پلیمریزاسیون مونومر و پیش پلیمر می شوند ، بنابراین پسوند زنجیره ای و اتصال متقابل مورد نیاز برای تشکیل چسب را تکمیل می کنند. به دلیل دمای پایین فرآیند و پلیمریزاسیون بسیار سریع (از 2 تا 60 ثانیه) ، چسبهای فرابنفش در حال پیشرفت سریع در زمینه های الکترونیکی ، خودرویی و پزشکی هستند. آنها عمدتاً از فرمولاسیون های اکریلاته سیلیکون ، یورتان و متاکریلات تشکیل شده اند. فرمولاسیون ترکیبی اشعه ماوراlet بنفش - درمان گرما نیز وجود دارد.

منبع : بازرگانی کارنوز